Katram testa protokolam (Brinell, Rockwell, Vickers) ir procedūras, kas raksturīgas pārbaudāmajam objektam.Rokvela t-tests ir noderīgs plānsienu cauruļu testēšanai, nogriežot cauruli gareniski un pārbaudot caurules sienu pēc iekšējā diametra, nevis pēc ārējā diametra.
Cauruļu pasūtīšana ir mazliet kā došanās uz automašīnu tirdzniecības centru un automašīnas vai kravas automašīnas pasūtīšana.Tagad ir pieejams milzums iespēju, kas ļauj pircējiem pielāgot automašīnu dažādos veidos – salona un eksterjera krāsas, apdares paketes, eksterjera stila iespējas, spēka piedziņas izvēle un audio sistēma, kas ir gandrīz tikpat laba kā mājas izklaides sistēma.Izmantojot visas šīs iespējas, jūs, iespējams, nebūsiet apmierināts ar standarta vieglo automašīnu.
Tas attiecas uz tērauda caurulēm.Tam ir tūkstošiem iespēju vai specifikāciju.Papildus izmēriem specifikācijā ir minētas ķīmiskās īpašības un vairākas mehāniskās īpašības, piemēram, minimālā tecēšanas robeža (MYS), maksimālā stiepes izturība (UTS) un minimālais pagarinājums līdz sabojāšanai.Tomēr daudzi nozares pārstāvji — inženieri, iepirkumu aģenti un ražotāji — izmanto nozares saīsinājumu un pieprasa “vienkāršas” metinātas caurules un uzskaita tikai vienu īpašību: cietību.
Mēģiniet pasūtīt automašīnu pēc vienas īpašības (“Man vajag automašīnu ar automātisko pārnesumkārbu”), un ar pārdevēju jūs netiksiet tālu.Viņam ir jāaizpilda veidlapa ar daudzām iespējām.Tā tas ir ar tērauda caurulēm: lai iegūtu pielietojumam piemērotu cauruli, cauruļu ražotājam ir nepieciešams daudz vairāk informācijas nekā cietība.
Kā cietība kļuva par pieņemtu citu mehānisko īpašību aizstājēju?Droši vien tas sākās ar cauruļu ražotājiem.Tā kā cietības pārbaude ir ātra, vienkārša un prasa salīdzinoši lētu aprīkojumu, cauruļu pārdevēji bieži izmanto cietības pārbaudi, lai salīdzinātu divu veidu caurules.Viss, kas tiem nepieciešams, lai veiktu cietības pārbaudi, ir gluds caurules gabals un testa iekārta.
Caurules cietība ir cieši saistīta ar UTS, un īkšķis (procentuālais vai procentuālais diapazons) ir noderīgs, lai novērtētu MYS, tāpēc ir viegli saprast, kā cietības pārbaude var būt piemērots aizstājējs citām īpašībām.
Turklāt citi testi ir salīdzinoši sarežģīti.Lai gan cietības pārbaude ar vienu iekārtu aizņem tikai aptuveni minūti, MYS, UTS un pagarinājuma testiem ir nepieciešama parauga sagatavošana un ievērojams ieguldījums lielā laboratorijas aprīkojumā.Salīdzinājumam, cauruļu dzirnavu operators cietības testu veic sekundēs, bet specializēts metalurgs stiepes testu veic dažu stundu laikā.Cietības testa veikšana nav grūta.
Tas nenozīmē, ka inženiertehniskie cauruļu ražotāji neizmanto cietības testus.Var droši teikt, ka lielākā daļa to dara, taču, tā kā viņi novērtē instrumentu atkārtojamību un reproducējamību visās testa iekārtās, viņi labi apzinās testa ierobežojumus.Lielākā daļa no tiem to izmanto, lai novērtētu caurules cietību ražošanas procesā, bet neizmanto to, lai kvantitatīvi noteiktu caurules īpašības.Tas ir tikai izturēts/nesekmīgs tests.
Kāpēc man jāzina MYS, UTS un minimālais pagarinājums?Tie norāda cauruļu komplekta veiktspēju.
MYS ir minimālais spēks, kas izraisa materiāla paliekošu deformāciju.Ja mēģināsit nedaudz saliekt taisnu stieples gabalu (piemēram, pakaramo) un atbrīvot spiedienu, notiks viena no divām lietām: tā atgriezīsies sākotnējā stāvoklī (taisna) vai paliks saliekta.Ja tas joprojām ir taisns, tad jūs vēl neesat tikuši pāri MYS.Ja tas joprojām ir saliekts, jūs palaidāt garām.
Tagad satveriet abus stieples galus ar knaiblēm.Ja varat pārraut vadu uz pusēm, esat pārspējis UTS.Jūs to stipri velciet, un jums ir divi stieples gabali, lai parādītu jūsu pārcilvēciskos centienus.Ja sākotnējais stieples garums bija 5 collas un divi garumi pēc kļūmes kopā ir 6 collas, vads izstiepsies par 1 collu jeb 20%.Faktiskie stiepes testi tiek mērīti 2 collu robežās no lūzuma punkta, taču neatkarīgi no tā – līnijas spriegojuma koncepcija ilustrē UTS.
Tērauda mikrogrāfa paraugi ir jāsagriež, jānopulē un jāiekodina ar vāji skābu šķīdumu (parasti slāpekļskābi un spirtu), lai graudi būtu redzami.Tērauda graudu pārbaudei un to izmēra noteikšanai parasti izmanto 100x palielinājumu.
Cietība ir pārbaude, kā materiāls reaģē uz triecienu.Iedomājieties, ka īsa garuma caurule tiek ievietota skrūvspīlēs ar zobainām spīlēm un sakrata, lai aizvērtu skrūvspīles.Papildus caurules izlīdzināšanai skrūvspīļu spīles atstāj nospiedumu uz caurules virsmas.
Šādi darbojas cietības tests, taču tas nav tik rupjš.Testam ir kontrolēts trieciena izmērs un kontrolēts spiediens.Šie spēki deformē virsmu, veidojot iespiedumus vai iespiedumus.Iespieduma izmērs vai dziļums nosaka metāla cietību.
Novērtējot tēraudu, parasti izmanto Brinela, Vikersa un Rokvela cietības testus.Katrai no tām ir sava skala, un dažām no tām ir vairākas pārbaudes metodes, piemēram, Rockwell A, B, C utt. Tērauda caurulēm ASTM A513 specifikācija attiecas uz Rockwell B testu (saīsināti kā HRB vai RB).Rokvela tests B mēra 1⁄16 collu diametra tērauda lodītes iespiešanās spēka atšķirību tēraudā starp vieglu priekšslodzi un 100 kgf pamata slodzi.Tipisks standarta vieglā tērauda rezultāts ir HRB 60.
Materiālu zinātnieki zina, ka cietībai ir lineāra saistība ar UTS.Tāpēc dotā cietība paredz UTS.Tāpat cauruļu ražotājs zina, ka MYS un UTS ir saistīti.Metinātām caurulēm MYS parasti ir 70% līdz 85% UTS.Precīzs daudzums ir atkarīgs no cauruļu ražošanas procesa.HRB 60 cietība atbilst UTS 60 000 mārciņām uz kvadrātcollu (PSI) un aptuveni 80% MYS, kas ir 48 000 PSI.
Visizplatītākā cauruļu specifikācija vispārējai ražošanai ir maksimālā cietība.Papildus izmēram inženieri ir ieinteresēti arī noteikt pretestības metinātas (ERW) caurules labā darbības diapazonā, kā rezultātā var iegūt detaļu rasējumus ar iespējamo maksimālo cietību HRB 60. Šis lēmums vien rada vairākas mehāniskās gala īpašības, ieskaitot pašu cietību.
Pirmkārt, HRB 60 cietība mums neko daudz neizsaka.HRB 60 rādījums ir bezizmēra skaitlis.Materiāli, kas novērtēti ar HRB 59, ir mīkstāki nekā tie, kas pārbaudīti ar HRB 60, un HRB 61 ir cietāki par HRB 60, bet par cik?To nevar izmērīt kā tilpumu (mēra decibelos), griezes momentu (mēra mārciņās), ātrumu (mēra attālumā pret laiku) vai UTS (mēra mārciņās uz kvadrātcollu).HRB 60 lasīšana mums neko konkrētu nepasaka.Tā ir materiāla, nevis fiziska īpašība.Otrkārt, cietības noteikšana pati par sevi nav piemērota atkārtojamības vai reproducējamības nodrošināšanai.Divu vietu novērtēšana paraugā, pat ja testa vietas atrodas tuvu viena otrai, bieži rada ļoti atšķirīgus cietības rādījumus.Pārbaužu raksturs šo problēmu saasina.Pēc viena pozīcijas mērījuma nevar veikt otru mērījumu, lai pārbaudītu rezultātu.Testa atkārtojamība nav iespējama.
Tas nenozīmē, ka cietības mērīšana ir neērta.Patiesībā šis ir labs ceļvedis UTS lietām, un tas ir ātrs un vienkāršs tests.Tomēr ikvienam, kas iesaistīts cauruļu definēšanā, iepirkumā un ražošanā, ir jāapzinās to ierobežojumi kā pārbaudes parametram.
Tā kā “parastā” caurule nav skaidri definēta, cauruļu ražotāji to parasti sašaurina līdz diviem visbiežāk izmantotajiem tērauda un cauruļu veidiem, kā definēts ASTM A513:1008 un 1010, ja nepieciešams.Pat pēc visu citu veidu cauruļu izslēgšanas šo divu veidu cauruļu mehānisko īpašību iespējas paliek atvērtas.Faktiski šiem cauruļu veidiem ir visplašākais visu veidu cauruļu mehānisko īpašību klāsts.
Piemēram, caurule tiek uzskatīta par mīkstu, ja MYS ir mazs un pagarinājums ir augsts, kas nozīmē, ka tai ir labāki stiepes, deformācijas un paliekošās deformācijas rādītāji nekā caurulei, kas aprakstīta kā stingra un kurai ir salīdzinoši augsts MYS un salīdzinoši zems pagarinājums. ..Tas ir līdzīgs atšķirībai starp mīksto stiepli un cieto stiepli, piemēram, drēbju pakaramajiem un urbjiem.
Pagarinājums pats par sevi ir vēl viens faktors, kas būtiski ietekmē kritiskos cauruļu lietojumus.Caurules ar augstu pagarinājumu var izturēt stiepšanos;Materiāli ar zemu pagarinājumu ir trauslāki un tāpēc vairāk pakļauti katastrofālām noguruma bojājumiem.Tomēr pagarinājums nav tieši saistīts ar UTS, kas ir vienīgā mehāniskā īpašība, kas tieši saistīta ar cietību.
Kāpēc caurules tik ļoti atšķiras pēc to mehāniskajām īpašībām?Pirmkārt, ķīmiskais sastāvs ir atšķirīgs.Tērauds ir ciets dzelzs un oglekļa, kā arī citu svarīgu sakausējumu šķīdums.Vienkāršības labad mēs aplūkosim tikai oglekļa procentuālo daudzumu.Oglekļa atomi aizstāj dažus dzelzs atomus, veidojot tērauda kristālisko struktūru.ASTM 1008 ir visaptveroša primārā klase ar oglekļa saturu no 0% līdz 0,10%.Nulle ir īpašs skaitlis, kas nodrošina unikālas īpašības ar īpaši zemu oglekļa saturu tēraudā.ASTM 1010 nosaka oglekļa saturu no 0,08% līdz 0,13%.Šīs atšķirības nešķiet milzīgas, taču ar tām pietiek, lai citur radītu lielas atšķirības.
Otrkārt, tērauda caurules var ražot vai ražot un pēc tam apstrādāt septiņos dažādos ražošanas procesos.ASTM A513 attiecībā uz ERW cauruļu ražošanu ir uzskaitīti septiņi veidi:
Ja tērauda ķīmiskais sastāvs un cauruļu ražošanas posmi neietekmē tērauda cietību, ko tad?Atbilde uz šo jautājumu nozīmē rūpīgu detaļu izpēti.Šis jautājums noved pie diviem citiem jautājumiem: kādas ir detaļas un cik tuvu?
Sīkāka informācija par graudiem, kas veido tēraudu, ir pirmā atbilde.Ja tēraudu ražo primārajās dzirnavās, tas neatdziest milzīgā masā ar vienu īpašību.Tēraudam atdziestot, tā molekulas veido atkārtotus modeļus (kristālus), līdzīgi kā veidojas sniegpārslas.Pēc kristālu veidošanās tie tiek apvienoti grupās, ko sauc par graudiem.Graudi atdziest, tie aug, veidojot visu loksni vai plāksni.Graudu augšana apstājas, kad graudi absorbē pēdējo tērauda molekulu.Tas viss notiek mikroskopiskā līmenī, un vidēja izmēra tērauda graudiem ir aptuveni 64 mikroni vai 0,0025 collas.Lai gan katrs grauds ir līdzīgs nākamajam, tie nav vienādi.Tie nedaudz atšķiras viens no otra pēc izmēra, orientācijas un oglekļa satura.Saskarnes starp graudiem sauc par graudu robežām.Ja tērauds sabojājas, piemēram, noguruma plaisu dēļ, tas mēdz sabojāt graudu robežās.
Cik tuvu jums jāskatās, lai redzētu atšķirīgas daļiņas?Pietiek ar 100 vai 100 reižu palielinājumu par cilvēka acs redzes asumu.Tomēr, vienkārši aplūkojot neapstrādātu tēraudu līdz 100. jaudai, nekas daudz nedod.Paraugus sagatavo, paraugu pulējot un virsmu kodinot ar skābi, parasti slāpekļskābi un spirtu, ko sauc par slāpekļskābes kodināšanu.
Tieši graudi un to iekšējais režģis nosaka triecienizturību, MYS, UTS un pagarinājumu, ko tērauds var izturēt pirms sabojāšanās.
Tērauda ražošanas posmi, piemēram, karstā un aukstā sloksnes velmēšana, pārnes spriedzi uz graudu struktūru;ja tie pastāvīgi maina formu, tas nozīmē, ka spriedze ir deformējusi graudus.Citas apstrādes darbības, piemēram, tērauda tīšana ruļļos, attīšana un izlaišana caur cauruļu dzirnavām (lai izveidotu cauruli un izmēru), deformē tērauda graudus.Caurules aukstā vilkšana uz serdeņa arī noslogo materiālu, tāpat kā ražošanas darbības, piemēram, gala formēšana un locīšana.Graudu struktūras izmaiņas sauc par dislokācijām.
Iepriekš minētās darbības samazina tērauda elastību, tā spēju izturēt stiepes (pārraušanas) spriedzi.Tērauds kļūst trausls, kas nozīmē, ka, turpinot strādāt ar tēraudu, tas, visticamāk, saplīsīs.Pagarinājums ir viena plastiskuma sastāvdaļa (saspiežamība ir vēl viena).Šeit ir svarīgi saprast, ka kļūme visbiežāk rodas sasprindzinājuma, nevis kompresijas gadījumā.Tērauds ir diezgan izturīgs pret stiepes spriegumiem, jo tam ir salīdzinoši liels pagarinājums.Tomēr tērauds viegli deformējas spiedes sprieguma ietekmē — tas ir kaļams —, kas ir priekšrocība.
Salīdziniet to ar betonu, kam ir ļoti augsta spiedes izturība, bet zema elastība.Šīs īpašības ir pretējas tēraudam.Tāpēc ceļiem, ēkām un ietvēm izmantotais betons bieži tiek pastiprināts.Rezultāts ir produkts, kam ir abu materiālu stiprās puses: tērauds ir stingrs stiepē un betons ir spēcīgs spiedē.
Cietināšanas laikā tērauda elastība samazinās, un tā cietība palielinās.Citiem vārdiem sakot, tas sacietē.Atkarībā no situācijas tā var būt priekšrocība, bet var būt arī trūkums, jo cietība ir vienāda ar trauslumu.Tas ir, jo cietāks ir tērauds, jo mazāk elastīgs tas ir un tāpēc ir lielāka iespējamība, ka tas neizdosies.
Citiem vārdiem sakot, katram procesa posmam ir nepieciešama zināma cauruļu elastība.Detaļu apstrādājot tā kļūst smagāka, un ja ir par smagu, tad principā nekam neder.Cietība ir trauslums, un trauslām caurulēm lietošanas laikā ir tendence sabojāties.
Vai ražotājam šajā gadījumā ir iespējas?Īsāk sakot, jā.Šī opcija ir atkausēšana, un, lai arī tā nav gluži maģiska, tā ir tik maģiska, cik vien var būt.
Vienkārši izsakoties, atkausēšana novērš visas fiziskās ietekmes uz metāliem ietekmi.Šajā procesā metāls tiek uzkarsēts līdz sprieguma samazināšanas vai rekristalizācijas temperatūrai, kā rezultātā tiek noņemtas dislokācijas.Tādējādi process daļēji vai pilnībā atjauno elastību atkarībā no īpašās temperatūras un laika, ko izmanto atkausēšanas procesā.
Atlaidināšana un kontrolēta dzesēšana veicina graudu augšanu.Tas ir izdevīgi, ja mērķis ir samazināt materiāla trauslumu, taču nekontrolēta graudu augšana var pārāk mīkstināt metālu, padarot to nelietojamu paredzētajam lietojumam.Atkausēšanas procesa apturēšana ir vēl viena gandrīz maģiska lieta.Rūdīšana pareizajā temperatūrā ar pareizo cietinātāju īstajā laikā ātri aptur procesu un atjauno tērauda īpašības.
Vai mums vajadzētu atteikties no cietības specifikācijām?Nē.Cietības īpašības ir vērtīgas, pirmkārt, kā vadlīnijas tērauda cauruļu raksturlielumu noteikšanā.Cietība ir noderīgs mērījums un viena no vairākām īpašībām, kas jānorāda, pasūtot cauruļveida materiālu, un jāpārbauda pēc saņemšanas (dokumentēta katram sūtījumam).Ja cietības testu izmanto kā testa standartu, tam jābūt atbilstošām skalas vērtībām un kontroles robežām.
Tomēr tas nav īsts materiāla izturēšanas (pieņemšanas vai noraidīšanas) pārbaudījums.Papildus cietībai ražotājiem ik pa laikam jāpārbauda sūtījumi, lai noteiktu citas būtiskas īpašības, piemēram, MYS, UTS vai minimālo pagarinājumu atkarībā no caurules pielietojuma.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
Tube & Pipe Journal tika izlaists 1990. gadā kā pirmais žurnāls, kas veltīts metāla cauruļu nozarei.Mūsdienās tā joprojām ir vienīgā nozares publikācija Ziemeļamerikā un ir kļuvusi par visuzticamāko informācijas avotu cauruļu profesionāļiem.
Tagad ir pieejama pilna digitāla piekļuve FABRICATOR, nodrošinot vieglu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Tagad ir pieejama pilna digitālā piekļuve The Tube & Pipe Journal, nodrošinot vieglu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Izbaudiet pilnīgu digitālo piekļuvi STAMPING Journal, metāla štancēšanas tirgus žurnālam ar jaunākajiem tehnoloģiju sasniegumiem, labāko praksi un nozares jaunumiem.
Tagad ir pieejama pilna piekļuve The Fabricator en Español digitālajam izdevumam, nodrošinot vieglu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Mūsu divu daļu šova otrajā daļā ar Ādamu Hefneru, Nešvilas veikala īpašnieku un dibinātāju…
Izlikšanas laiks: 27. janvāris 2023. gada laikā